觸摸屏自助點菜終端的設計與實現
顏澤球，廖曉東，涂欽
(福建師范大學物理與光電信息科技學院福建福州350007)

摘要：設計并實現了一種自助點菜終端，采用8寸液晶觸摸屏作為人機交互界面，提供圖文并茂的電子菜單。針對嵌入式系統存儲空間的局限性，提出一種應用層軟件與底層軟件分離的存儲運行方式。解決了大容量數據的存儲與更新問題。采用開放源代碼的圖形用戶接口軟件Nano—X窗口系統，詳細探討了其配置與移植的方法。系統具有交互界面良好，易于生產維護的特點。

關鍵詞：點菜系統；分離式存儲；NaDO—X；GUI移植；嵌入式系統

中圈分類號：TP311．5 文獻標識碼：A 文章編號：1004—373X(2010)05—125—03

0 引言

    電子點菜系統，是隨著餐飲業的智能化、信息化發展而出現的新一代產品。相對于傳統的點菜服務方式，電子點菜具有高效、舒適的特點，有效地節省了人力資源，提高了服務的質量。一個典型的點菜系統由點菜終端、收銀臺管理系統和數據調度管理系統組成。根據應用場合的不同，目前較為流行的點菜終端主要分為兩種。第一種采用單片機和無線模塊實現，成本低，但是功能和界面較為簡單，通信距離也較短，使用者一般是服務員。另外一種采用商業PDA和無線網卡實現，功能強大，界面華麗，操作方面，但成本較高，一般作為消費者自助點菜的終端，應用于中高檔酒店。

    自助點菜終端給客戶提供每道菜肴的名稱、插圖、介紹和價格等各種相關信息，這些信息隨著菜單的變化實時更新。由于嵌入式系統的存儲空間有限，大量的圖片存儲和實時更新成了點菜終端設計的一個難題。本文給出了一種自助點菜終端的軟硬件實現方案，通過應用層與底層軟件的分離存儲設計，解決了大容量數據的存儲更新問題，提高了批量生產升級效率。同時，采用開放源代碼的自由軟件開發，降低了系統成本。

1 系統結構

    終端的核心處理器采用ARM920T核的$3C2440芯片，其主頻可達到400 MHz，外接64 MB SDRAM和64 MB FLASH。終端的硬件結構圖如圖1所示。其中，顯示接口采用8寸TFT液晶屏LQ080V3DG01，像素640X480，為用戶提供友好的電子菜單。用戶通過觸摸屏進行各種操作。系統首次啟動時進行觸摸屏的校準，管理員也可以通過長按校準按鍵進入校準模式。SD卡存放應用程序、相關的圖片和字體等資源，系統支持的最大的SD卡容量為32 GB，可以很好地滿足點菜終端的存儲容量要求。終端與服務器的各種交互數據通過無線網卡傳輸。

 

圖1硬件結構圖
 

    系統采用c／s模式設計，點菜終端作為客戶端。數據調度管理中心為服務器。采用開放源代碼的各層軟件構成終端軟件平臺，節省了開發成本，軟件結構如圖2所示。Linux具有開放源代碼、協議棧較完善、運行穩定和易于移植的優勢，在嵌入式領域得到了廣泛的應用。終端以嵌入式Linux作為操作系統，管理系統軟硬件資源。Linux 2．6．29是2009年3月份發布的穩定的內核版本。根文件系統采用日志結構的文件系統JFFS2，用戶可以對文件進行讀寫操作，在意外掉電時仍然可以保持數據的完整性，而不會丟失數據。

 

圖2軟件結構圖
 

2 應用層與底層軟件分離的存儲管理策略

    每個終端設備都有自己的配置信息(設備ID號，IP地址，終端設備對應的餐桌的位置信息等)，在系統正常工作前必須手動配置這些信息。一種解決的方案是，在終端安裝完首次運行時，通過觸摸屏手動配置這些信息。然而，在批量安裝、升級或者重新規劃終端設備的布局時，這種解決方式將大大降低工作效率。

    本文將應用程序以及相關的配置信息、圖片及字體資源都存放于SD卡中，實現應用層軟件與其底層軟件的離存儲。終端設備的系統目錄結構如圖3所示，／mnt／sdcard為SD卡的掛載點，terminal為交叉編譯產生的應用程序文件。ipconfig為配置終端設備IP地址的Shell腳本，在系統啟動時調用執行。devinfo文件存儲設備的相關信息(餐館的名稱，包廂號，餐桌號等)，由應用程序運行時讀取。log．ini文件記錄終端軟件運行時的各種信息(啟動、關閉的時間，異常狀態的記錄等)。終端的固件差異僅在于SD卡中ipconfig文件和devinfo文件，而這兩個文件可以通過上位機軟件批量生成。

圖3文件系統目錄結構
 

    Linux啟動時會加載啟動配置文件／ete／init．d／rcS，可以通過修改該文件使系統啟動時設置系統IP并加載應用程序。根據點菜終端的目錄結構設置，在reS文件后添加如下兩行：

／mnt／sdcard／ipconfig #配置終端IP
／mnt／sdcard／terminal& #啟動應用程序

3 Nano—X的定制與移植

3．1 Nano～X介紹

    Nano—X是一個著名的開放源碼的圖形用戶接(GUI)軟件，原名microwindows，由于和微軟的win—dows注冊商標存在沖突，從2005年1月起改名為Nano—X Window System，其目的是把圖形視窗環境引入到嵌入式平臺和小型設備上。Nano—X采用C語言設計，有很好的可移植性，根據用戶配置，其占用的內存資源在100～600 KB左右。Nano—X能在宿主機上仿真目標機，用戶可以在普通個人電腦上開發和調試應用程序，大大提高了開發效率u州。

3．2 Nano～X的定制

    Nano—X的定制主要通過修改其源代碼根目錄下的config文件來實現。主要包括處理器平臺、輸入輸出平臺、圖片支持和字體支持等選項。

    (1)處理器平臺選項。Nano—X窗口系統支持X86，ARM，MIPS，PowerPC等多種處理器平，通過配置“ARCH—LINUX—ARM”和“ARMTOOLSPRE—FIX=arm—linux一”選擇ARM處理器平臺及其所使用的編譯器。

    (2)輸入輸出驅動配置選項，包括顯示驅動平臺，屏幕大小和觸摸屏支持，具體如下：Nano—X支持多種觸摸屏設備，點菜終端的觸摸屏設備為“／dev／h3600tsraw”，對應的Nano—X驅動接口類型為IPAQ—MOUSE。修改config文件的相關配置如下：

SCREEN—WIDTH -----640 #屏幕大小為640×480
SCREEN HElGHT 一480
FRAMEBUFFER=Y
#使用Linux的framebuffer作為圖形引擎
IPAQMOUSE=Y #觸摸屏驅動類型為Compaq iPAQ

    (3)圖像支持選項。可支持bmp，gif，xpm，jPg，png和tiff格式的圖片解碼。如果要使用后三種格式的圖片，需要額外添加相應的解碼庫。本系統的界面和菜肴的插圖均采用24位bmp格式的圖片，圖像支持選項配置為“HAVE BMP SUPPORT=Y”。

    (4)字體支持選項。Nano—X自身支持12×12和16×16的中文點陣字體，但不包含對truetype矢量字體的解碼支持，所以如果要使用其他樣式的字體，或者使用可伸縮矢量字體，需要移植freetype解碼庫程序。

    修改config文件的相關配置如下：

HAVE—FREETYPE一2一SUPPoRT—Y
#使用Freetype2解碼Truetype字體
INCFT2LIB=lib／libfreetype／include
#freetype頭文件路徑
LIBFT2LIB=Iib／libfreetype／Iib／libfreetype．a
#編譯freetype生成的靜態庫文件
HAVE—HZK—SUPPORT=Y #支持HZK點陣漢字
HZK—FONT—DIR=’7fonts／chinese"
#字體文件的存放路徑

    (5)應用程序的編譯和運行方式。Nano—X是基于設備無關的圖形引擎，使用Client／Server模式，客戶端程序和服務器端程序時同一個設備上的兩個不同進程，既可以分別編譯成各自的應用程序文件，也可以通過修改配置選項“LINK APP INTO SERVER—Y”將客戶端程序與服務器端程序直接鏈接成一個單獨的應用程序。本文采用后者的編譯和運行方式。

4通信協議

    點菜終端與服務器之間的通信過程如圖4所示。

 

圖4 系統通信流程
 

    終端首先向服務器發起會話連接請求，待服務器回應后建立連接。數據交互過程中，服務器回應終端每個數據包的接收處理狀態。兩者的通信在TCP／IP協議的基
礎上，采用自定義傳輸層和應用層通信協議進行數據交互。應用層把各種業務數據組成消息包，把一個或者多個消息包組成應用包，并把應用包發送給傳輸層發送，或從傳輸層接收應用包，把應用包拆分成消息包，并處理各消息包數據。本系統采用一個消息包對應一個應用包，不對消息包進行組包。

    傳輸層的幀格式如圖5所示。幀標識符包含會話建立請求標志，會話結束請求標志和應用包結束標志。

 

圖5傳榆幀格式
 

    終端對接收區數據的解釋分為服務器應答用戶消息包，服務器應答心跳消息包和終端軟件升級命令消息包。系統每隔一段時間檢測網絡的連接情況，文中稱該段時間為心跳間隔時間。當終端發送心跳給服務器，服務器會回應心跳，當終端在一定時間內未收到任何命令(包括心跳回應)，終端可認為斷線，主動斷開連接，并根據自身的參數設置來決定是否重連。發送區由命令編碼、菜肴的類別號、索引號和數量組成，描述用戶的各種操作信息。

5 應用程序流程

    應用程序流程如圖6所示。

 

圖6軟件流程圖

6  結語

    電子點菜系統可以改善餐館的經營策略、管理效率和服務質量，隨著信息化的發展，將得到更為廣泛的應用，有著廣闊的前景。本文設計的自助點菜終端，具有通信速度快、可操作性強和便于維護特點，采用開放源代碼軟件設計，使系統的成本降低，更具有市場競爭力。

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